CC BY
103
Список литературы
1. Совершенствование режимов деформации и инструмента при волочении круглой проволоки / В.А. Харитонов, А.Ю. Манякин, М.В. Чукин, Ю.А. Дремин, М.А. Тикеев, М.Ю. Усанов: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 174 с.
2. Битков В.В. Технология и машины для производства проволоки. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 343 с.
3. Патент РФ №2038175 МПК B21B1/02, B21B19/00, опубл. БИ 27.06.1995.
4. Иванов М.Б., Пенкин А.В. и др. Теплая поперечно-винтовая прокатка в валках конической формы как метод интенсивной пластической деформации // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 9. С. 13-18.
5. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Моделирование формирования структуры высокоуглеродистой проволоки в процессе радиально-сдвиговой протяжки // Обработка сплошных и слоистых материалов: межвуз. сб. науч. тр. / под ред. проф. М.В. Чукина. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып. 38. С. 66-74.
References
1. Improvement of deformation modes and the tool in case of a round wire drawing / V.A. Haritonov, A.Yu. Manyakin, M.V. Chukin, Yu.A. Dremin, M.A. Tikeev, M.Yu. Usanov: monograph. Magnitogorsk: Publishing house of Magnitogorsk state technical university named after G.I. Nosov, 2011. 174 p.
2. Bitkov V.V. Technology and machinery for wire production. Yekaterinburg: Ural department of the RAS, 2004. 343 p.
3. Patent of RF №2038175 MPK B21B1/02, B21B19/00, it is published BI 27.06.1995.
4. Ivanov M.B., Penin A.V. and etc. Warm cross rolling in rolls of the conical shape as a method of intensive plastic deformation // Deformation and rupture of materials. 2010. № 9. P. 1318.
5. Haritonov V.A., Usanov M.Yu. Modeling of structure formation of a high-carbon wire in the process of radial and shift broach // Processing of continuous and laminate materials: interuni-versity collection of scientific works / under edit. prof. M.V. Chukin. Magnitogorsk: Publishing house of Magnitogorsk state technical university named after G.I. Nosov, 2012. Edit. 38. P. 66-74.
УДК 621.7
НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОКАТА
Богатов А.А., Салихянов Д.Р.
ФГАОУВПО «Уральский федералъныйуниверситет имени первого ПрезидентаРоссии Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург, Россия
Введение
В настоящее время условия эксплуатации изделий металлургического производства предъявляют все более жесткие требования к эксплуатационным характеристикам. Практика показывает, что в монометаллических изделиях (изделиях из одного материала) не удается объединить необходимые служебные характеристики, такие как: высокая прочность, коррозионная стойкость, износостойкость, высокая электропроводность и т.д. Одним из наиболее эффективных решений является применение композиционных и биметаллических материалов. Применение их взамен традиционных монометаллических материалов позволяет до-
стичь значительного увеличения эксплуатационного ресурса и экономии дорогостоящих материалов.
Наиболее распространенным способом производства является способ обработки давлением, в частности листовая прокатка. Однако производство слоистых биметаллических листов существенно отличается от производства монометаллических. Большое внимание уделяется задачам получения заданного соотношения слоев в готовом изделии и обеспечения прочного соединения компонентов биметалла. Для расчета формоизменения слоев биметалла при пластической деформации существуют решения методом верхней оценки, методики расчета формоизменения на компьютере [1]. В то же время, одними из главных характеристик, определяющих качество биметалла, являются прочностные характеристики (предел прочности на срез и на отрыв) и их стабильность по всей площади поверхности раздела компонентов. Именно поэтому подготовке контактных (соединяемых) поверхностей следует уделить особое внимание. Однако совокупность физико-химических процессов, протекающих при сближении и совместной деформации соединяемых поверхностей не позволяет однозначно сформулировать рекомендации по подготовке контактных поверхностей к совместной деформации, режимам деформации и получить аналитические зависимости от основных параметров процесса. Поэтому целью работы является анализ процессов, протекающих в переходной зоне биметаллического изделия и формулировка выводов относительно режимов обработки биметаллического проката.
Исследование механизма образования соединения компонентов биметалла при прокатке
Сложность и взаимосвязанность протекающих процессов в переходной зоне биметалла при совместной деформации не позволяет сделать однозначный вывод о природе протекающих процессов. Многочисленными исследованиями с различных позиций были установлены несколько механизмов образования соединения [1-9, 14-15], однако эти теории дают лишь описание процесса образования соединения слоев на качественном уровне. В настоящее время известны диффузионная, дислокационная, энергетическая, электронная, пленочная, механическая модель схватывания. В последнее время наибольшее распространение получают теории, описывающие процесс образования соединения компонентов биметалла как многостадийный [10-13]. Наиболее часто образование соединения представляется как процесс, протекающий в три стадии: 1) механическое взаимодействие контактируемых слоев, обжатие неровностей, разрушение оксидных пленок и появление локальных узлов схватывания; 2) превращение отдельных узлов схватывания в мостики сцепления, появление вблизи границы раздела зон с повышенной концентраций вакансий, дислокаций; 3) превращение мостиков сцепления в межслойную границу в результате протекания диффузионных процессов. Однако, конкретные технологические вопросы, связанные с получением прочного соединения остаются открытыми и на практике определение оптимальных параметров процесса производят экспериментальным путем.
В работе процесс рассмотрен на примере производства стале-алюминиевого проката (низколегированная сталь - алюминиевый сплав АД31), который характеризуется коррозионной стойкостью, достаточной прочностью с низкой плотностью и хорошей пластичностью и нашел применение в судостроительной, химической, пищевой промышленности, в строительстве и бытовой технике. Технология производства включает в себя зачистку соединяемых поверхностей проволочными щетками и абразивными кругами, нагрев алюминиевых заготовок до температуры горячей обработки, сборку пакета и совместную деформацию пакета без деформации стальной основы с последующей термообработкой [2]. Недостатком технологии является недостаточная прочность соединения слоев.
Процесс образования соединения слоев представлен как процесс взаимодействия микровыступов профиля шероховатости стальной поверхности, как более прочной, с поверхностью алюминиевого слоя. При совместной деформации алюминиевый слой заполняет поло-
сти профиля стальной поверхности. Стоит отметить, что в большинстве работ игнорируется учет профиля шероховатости поверхности (форма и размеры), хотя микрогеометрия контактной поверхности, особенно твердой составляющей, определяет напряженно - деформированное состояние переходной зоны, степень заполнения полостей микрогеометрии более твердой составляющей, фактическую площадь контакта компонентов биметалла и, в конечном счете, прочностные характеристики переходной зоны, их стабильность на всей поверхности раздела. Фактическая площадь контакта влияет на полноту протекания диффузионных процессов, а напряженно - деформированное состояние более мягкой составляющей определяет прочность переходной зоны: наличие остаточных напряжений, величины накопленной степени деформации и поврежденности металла [16].
Процесс заполнения алюминиевым слоем (более мягкой составляющей полостей микрогеометрии стального слоя более твердой составляющей) схематично показан на рис. 1 (а, б, в) в виде трех последовательных стадий. На схеме изображена сетка линий скольжения, которая была построена для мягкой компоненты. В соответствии с используемым методом линий скольжения течение металла принято плоским (коэффициент Лоде ц0 = 0).
На первой стадии происходит внедрение микровыступов стали в слой алюминия, с выдавливанием алюминия из-под выступов стали (см. рис. 1, а). Далее происходит стадия заполнения алюминием полостей между выступами за счет вдавливания твердой стальной основы в поверхность алюминия (см. рис. 1, б). При заполнении полостей мягкая компонента постепенно наклёпывается, происходит накопление степени деформации Л и достигается некоторый предел заполнения полости (см. рис. 1, в). Дальнейшее течение алюминиевого слоя в полости профиля стальной поверхности затруднено и происходит деформация всего объема алюминиевого слоя.
Рис. 1. Поле линий скольжения при соединении слоев биметалла пластической деформацией: Иа - средняя высота неровностей; - средний шаг выступов профиля
Следующим основным этапом работы стал компьютерный анализ процесса совместной деформации разнородных материалов с помощью программного пакета Deform - 3D. В поставленной задаче стальная основа выступает в качестве инструмента, в качестве алюминиевого слоя выбран материал АД31. Угол при вершине равен 60°.
Анализ процесса деформации позволяет составить представление о характере течения алюминиевого слоя в процессе совместной деформации и построить кинематическое поле скоростей для разных стадий заполнения полостей профиля стальной поверхности алюминиевым слоем. На первой стадии (рис. 2, а) происходит внедрение выступов профиля стальной поверхности в слой алюминия. Изображенные векторы скоростей представляют собой линии скольжения. Вторая стадия (рис. 2, б) характеризуется активным заполнением алюминием полостей стального профиля, после чего достигается предел заполнения полостей профиля (рис. 2, в) и, при дальнейшей деформации, происходит деформация по всей толщине пакета (рис. 2. г) и объемное течение металла составляющих пакета.
Рис. 2. Стадии течения мягкой компоненты в промежуточной зоне биметалла
в процессе прокатки
На четвертой, завершающей стадии было изучено напряженно-деформированное состояние алюминия в зоне полостей профиля стальной поверхности. На рис. 3 представлена схема расположения изучаемых точек на мягкой составляющей, заполнившей полость твердой составляющей. Все данные сведены в общей таблице.
Напряженно - деформированное состояние оценивалось по двум основным критериям: относительное среднее нормальное напряжение т и степень деформации сдвига Л. Чем меньше показатель напряженного состояния ст / T , тем выше пластичность металла, поэтому рекомендуется создавать условия, обеспечивающее более низкое с / T .
Также с помощью средств измерения Deform - 3D было вычислено, что максимальная глубина, на которую удалось внедриться выступающим частям профиля- 40 % относительно высоты зубьев в принятой схеме совместной деформации. Величина внедрения является количественной характеристикой позволяющей оценить фактическую площадь контакта поверхностей.
Рис. 3. Схема расположения изучаемых точек Показатели напряженно - деформированного состояния в промежуточной зоне
Показатель
№ точки напряженного состояния (Г / T Степень деформации Л
1 -1,36 0,55
2 -1,03 0,18
3 -1,09 0,52
4 -1,95 0,27
5 -3,25 0,40
6 -1,41 0,11
7 -1,78 0,29
8 -2,85 0,10
9 -1,98 0,01
Результаты исследований
Как показали исследования, механические свойства переходной зоны во многом определяются напряженно - деформированным состоянием материалов (особенно более мягкой компоненты биметалла) в результате взаимодействия профилей микрогеометрии соединяемых тел. Правильная подготовка контактных поверхностей, позволит обеспечить максимально возможные прочностные характеристики для конкретного типа биметалла. А знание природы протекающих процессов в процессе образования соединения позволит подобрать оптимальные условия подготовки поверхностей и проведения режимов обжатия.
Список литературы
1. Производство слоистых композиционных материалов / А.Г. Кобелев и др. М.: Ин-термет Инжиниринг, 2002. 496 с: ил.
2. Биметаллический прокат / П.Ф. Засуха, В.Д. Кортиков, О.Б. Бухвалов, A.A. Ершов. М.: Изд-во «Металлургия», 1971. 264 с.
3. Астров Е. И. Плакированные многослойные металлы. М.: Металлургия, 1965. 239 с.
4. Диффузионная сварка материалов. Справочник / В.П. Антонов, В.А. Бачиы, Е.В. За-корин и др. М.: Машиностроение, 1981. 271 с.
5. Щеголев В.А., Колмогоров В.Л. К вопросу схватывания разнородных металлов // Теория и практика производства метизов. Межвуз. сб. Свердловск: УПИ, 1983. С. 9 -17.
6. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов // Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976. 312 с.
7. Семенов Н. П. Схватывание металлов. М.: Машгиз, 1958. 280 с.
8. Самсонов Е.В., Бурышна А.Л., Евтушенко О.В. Электронный механизм диффузионной сварки // Автоматическая сварка. 1966. № 10. С. 30 - 34.
9. Аркулис Г.Э., Дорогобид В.Г. Теория пластичности. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия , 1987. 352 с.
10. Красулин Ю.Л., Шоршоров M.X. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии // Физика и химия обработки материалов в твердом состоянии. 1967. № 1. С. 82 - 89.
11. Красулин Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. М.: Наука, 1971. 119 с.
12. Шоршоров M.X., Дрюндин С.С. Кинетика соединения металлов в твердой фазе // Физика и химия обработки материалов. 1981. № 1. С. 75 - 85.
13. Лозинский М.Е., Тананов А.И. О механизме образования и строении переходной зоны в биметалле СтЗ + X18H10T // Машиностроение. 1967. № 3. С. 85-93.
14. The nature of the Metal-Metal Bond in Bimetallic Surfaces. Jose A. Rodriguez, D. Wayne Goodman. Science, New series, vol. 257, № 572, 897 - 903.
15. A new model for diffusion bonding and its application to duplex alloys. N. Orhan, M. Aksoy, M. Eroglu. Material Science and engineering A271, 458 - 468.
16. Богатов А. А., Салихянов Д. P. Разработка и исследование модели схватывания при производстве биметаллического проката сталь - алюминий // XIV International scientific conference "New technologies and achievments in metallurgy, materials engineering and production engineering\ Vol. 1. Series: Monograph № 31, Czestochowa. 2013. p. 295 - 300.
References
1. Production of layer composite materials / A.G. Kobelev and etc. M.: Intermet Inginiring, 2002. 496 p: pic.
2. Bimetallic rolled products / P.F. Zasuha, V.D. Kortikov, O.B. Buhvalov, A.A. Ershov. M.: Publishing house «Metallurgy», 1971. 264 p.
3. Astrov E.I. The plated multi-layer metals. M.: Metallurgy, 1965. 239 p.
4. Diffusion welding of materials. Guide / V.P. Antonov, V.A. Bachiyj, E.V. Zakorin and etc. M.: Engineering, 1981. 271 p.
5. Schegolev V.A., Kolmogorov V.L. To a question about a gripe of dissimilar metals // Theory and practice of hardware production. Interuniversity collector Sverdlovsk: [УПИ], 1983. P. 9 -17.
6. Kazakov N.F. Diffusion welding of materials // Diffusion welding of materials. M.: Engineering, 1976. 312 c.
7. Semenov N.P. Gripe of metals. M.: Mashgiz, 1958. 280 p.
8. Samsonov E.V., Buryjshna A.L., Evtushenko O.V. Electronic mechanism of diffusion welding // Automatic welding. 1966. № 10. P. 30 - 34.
9. Arkulis G.E., Dorogobid V.G. Theory of plasticity. Study letter for HPE. M.: Metallurgy , 1987. 352 p.
10. Krasulin Yu.L., Shorshorov M.H. About the mechanism of formation dissimilar materials connection in a solid stage // Physics and chemistry of materials processing in a solid stage. 1967. № 1. P. 82 - 89.
11. Krasulin Yu.L. Metal interaction with the semiconductor in a solid phase. M.: Science, 1971. 119 p.
12. Shorshorov M.H., Drundin S.S. Kinetics of metals connection in a solid phase // Physics and chemistry of materials processing. 1981. № 1. P. 75 - 85.
13. Lozinskiy M.E., Tananov A.I. About the mechanism of formation and a structure of the transition zone in bimetal St3 + X18H10T // Engineering. 1967. № 3. P. 85-93.
14. The nature of the Metal-Metal Bond in Bimetallic Surfaces. Jose A. Rodriguez, D. Wayne Goodman. Science, New series, vol. 257, № 572, 897 - 903.
15. A new model for diffusion bonding and its application to duplex alloys. N. Orhan, M. Aksoy, M. Eroglu. Material Science and engineering A271, 458 - 468.
16. Bogatov A. A., Salihyanov D.R. Development and research of a gripe model in case of production of bimetallic rolled product steel - aluminum // XIV International scientific conference "New technologies and achievements in metallurgy, materials engineering and production engineer-ing\ Vol. 1. Series: Monograph № 31, Czestochowa. 2013. p. 295 - 300.
УДК 621.778
ОПТИМАЛЬНЫЕ УГЛЫ ВОЛОЧЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТЬ НУЛЕВОГО ПРИРОСТА ОСЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПРИЛОЖЕНИЯ ПРОТИВОНАТЯЖЕНИЯ
Гурьянов Г.Н.
ООО « Феникс+», г. Белорецк, Россия
*
На основе приведённых уравнений в работе выполнили расчёты осевого напряжения в зависимости от угла ао наклона образующей на входе очага пластической деформации для заготовки с пределом текучести as0 = 1000 МПа и коэффициенте упрочнения к = 0,25 (углеродистая сталь после патентирования) и для заготовки из стали марки 12Х18Н10Т,
имеющую кривую упрочнения [5*] C7Si = 511//1'37.
Зависимости построены при напряжении противонатяжения 0, 250 и 500 МПа, коэффициентах вытяжки 1,5 и трения 0,05 и 0,25 (рис. 1). Зона оптимальных углов смещается в сторону их увеличения с ростом коэффициента трения и снижением напряжения противонатяжения для всех трёх форм профиля канала.
При действии противонатяжения оптимальные углы ОСо0пт меньше для нержавеющей
стали, так как для неё больше величина отношения Qq0/^s0 значений напряжения
противонатяжения и исходного предела текучести заготовки, чем для углеродистой стали.
*
Статья в настоящем издании Г.Н. Гурьянова «К разработке эффективного процесса волочения с противонатяжением круглой сплошной заготовки через волоки с различной формой профиля рабочего канала волоки»
